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公開番号2024061069
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-07
出願番号2022168770
出願日2022-10-21
発明の名称信号出力装置および抵抗測定装置
出願人日置電機株式会社
代理人個人
主分類G05F 1/56 20060101AFI20240425BHJP(制御;調整)
要約【課題】製造コストの上昇を抑制する。
【解決手段】電流制御信号Sicを出力する定電流制御部3と、電源電圧+Vccを可変して供給電圧+Vcを出力する可変電源部4pと、電源電圧-Vccを可変して供給電圧-Vcを出力する可変電源部4mと、電流制御信号Sicを増幅して定電流Ip,Imを出力するFET5p,5mと、供給電圧+VcがFET5pのソースの電圧値よりも高くなるように可変電源部4pを制御する電圧制御部6pと、供給電圧-VcがFET5mのソースの電圧値よりも低くなるように可変電源部4mを制御する電圧制御部6mとを備え、電圧制御部6pは、FET5pのドレイン電圧がソース電圧よりも予め規定された電圧値だけ高くなるように可変電源部4pを制御し、電圧制御部6mは、FET5mのドレイン電圧がソース電圧よりも予め規定された電圧値だけ低くなるように可変電源部4mを制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
正極性の出力信号の信号値を制御する信号値制御信号を出力する信号値制御部と、
入力されている正電圧の第1の電源電圧の電圧値を第1の電圧制御信号に従って可変して第1の供給電圧として出力する第1の可変電源部と、
前記信号値制御部から出力された前記信号値制御信号を前記第1の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記出力信号として負荷に出力する第1の半導体素子と、
前記第1の供給電圧の電圧値が前記第1の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも高い電圧値となるように、前記第1の電圧制御信号を出力して前記第1の可変電源部を制御する第1の電圧制御部とを備えている信号出力装置であって、
前記第1の電圧制御部は、前記第1の半導体素子における前記第1の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第1の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高くなるように、前記第1の電圧制御信号を出力して前記第1の可変電源部を制御する信号出力装置。
続きを表示(約 2,800 文字)【請求項2】
負極性の出力信号の信号値を制御する信号値制御信号を出力する信号値制御部と、
入力されている負電圧の第2の電源電圧の電圧値を第2の電圧制御信号に従って可変して第2の供給電圧として出力する第2の可変電源部と、
前記信号値制御部から出力された前記信号値制御信号を前記第2の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記出力信号として負荷に出力する第2の半導体素子と、
前記第2の供給電圧の電圧値が前記第2の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも低い電圧値となるように、前記第2の電圧制御信号を出力して前記第2の可変電源部を制御する第2の電圧制御部とを備えている信号出力装置であって、
前記第2の電圧制御部は、前記第2の半導体素子における前記第2の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第2の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ低くなるように、前記第2の電圧制御信号を出力して前記第2の可変電源部を制御する信号出力装置。
【請求項3】
正極性の出力信号および負極性の出力信号のうちのいずれか一方の出力信号の信号値を制御する信号値制御信号を出力する信号値制御部と、
入力されている正電圧の第1の電源電圧の電圧値を第1の電圧制御信号に従って可変して第1の供給電圧として出力する第1の可変電源部と、
入力されている負電圧の第2の電源電圧の電圧値を第2の電圧制御信号に従って可変して第2の供給電圧として出力する第2の可変電源部と、
前記正極性の出力信号の信号値を規定する信号値制御信号が前記信号値制御部から出力されたときに作動して、前記信号値制御部から出力された前記信号値制御信号を前記第1の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記正極性の出力信号として負荷に出力する第1の半導体素子と、
前記負極性の出力信号の信号値を規定する信号値制御信号が前記信号値制御部から出力されたときに作動して、前記信号値制御部から出力された前記信号値制御信号を前記第2の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記負極性の出力信号として前記負荷に出力する第2の半導体素子と、
前記第1の供給電圧の電圧値が前記第1の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも高い電圧値となるように、前記第1の電圧制御信号を出力して前記第1の可変電源部を制御する第1の電圧制御部と、
前記第2の供給電圧の電圧値が前記第2の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも低い電圧値となるように、前記第2の電圧制御信号を出力して前記第2の可変電源部を制御する第2の電圧制御部とを備え、
前記第1の電圧制御部は、前記第1の半導体素子における前記第1の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第1の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高くなるように、前記第1の電圧制御信号を出力して前記第1の可変電源部を制御し、
前記第2の電圧制御部は、前記第2の半導体素子における前記第2の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第2の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ低くなるように、前記第2の電圧制御信号を出力して前記第2の可変電源部を制御する信号出力装置。
【請求項4】
前記第1の電圧制御部は、前記第1の半導体素子の前記電流出力端子の電圧を反転入力端子に入力すると共に抵抗を介して基準電位を非反転入力端子に入力して、当該反転入力端子の電圧と当該非反転入力端子の電圧との差分電圧を前記第1の電圧制御信号として出力端子から出力して前記第1の可変電源部を制御する第1の差動増幅回路と、前記第1の半導体素子の前記電流入力端子と前記第1の差動増幅回路の前記非反転入力端子との間に配設されると共に当該電流入力端子の電圧を前記非反転入力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高く規定する電圧規定回路とを備えて構成されている請求項1記載の信号出力装置。
【請求項5】
前記第1の電圧制御部は、前記第1の半導体素子の前記電流出力端子の電圧を反転入力端子に入力すると共に抵抗を介して基準電位を非反転入力端子に入力して、当該反転入力端子の電圧と当該非反転入力端子の電圧との差分電圧を前記第1の電圧制御信号として出力端子から出力して前記第1の可変電源部を制御する第1の差動増幅回路と、前記第1の半導体素子の前記電流入力端子と前記第1の差動増幅回路の前記非反転入力端子との間に配設されると共に当該電流入力端子の電圧を前記非反転入力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高く規定する電圧規定回路とを備えて構成されている請求項3記載の信号出力装置。
【請求項6】
前記第2の電圧制御部は、前記第2の半導体素子の前記電流出力端子の電圧を反転入力端子に入力すると共に抵抗を介して基準電位を非反転入力端子に入力して、当該反転入力端子の電圧と当該非反転入力端子の電圧との差分電圧を前記第2の電圧制御信号として出力端子から出力して前記第2の可変電源部を制御する第2の差動増幅回路と、前記第2の半導体素子の前記電流入力端子と前記第2の差動増幅回路の前記非反転入力端子との間に配設されると共に当該電流入力端子の電圧を前記非反転入力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ低く規定する電圧規定回路とを備えて構成されている請求項2記載の信号出力装置。
【請求項7】
前記第2の電圧制御部は、前記第2の半導体素子の前記電流出力端子の電圧を反転入力端子に入力すると共に抵抗を介して基準電位を非反転入力端子に入力して、当該反転入力端子の電圧と当該非反転入力端子の電圧との差分電圧を前記第2の電圧制御信号として出力端子から出力して前記第2の可変電源部を制御する第2の差動増幅回路と、前記第2の半導体素子の前記電流入力端子と前記第2の差動増幅回路の前記非反転入力端子との間に配設されると共に当該電流入力端子の電圧を前記非反転入力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ低く規定する電圧規定回路とを備えて構成されている請求項3記載の信号出力装置。
【請求項8】
前記電圧規定回路は、ダイオードで構成されている請求項4から7のいずれかに記載の信号出力装置。
【請求項9】
請求項1から7のいずれかに記載の信号出力装置と、前記負荷としての測定対象に前記出力信号を供給すると共に当該測定対象の両端に発生する電圧と当該負荷を流れる当出力信号の電流値とに基づいて当該測定対象の抵抗値を測定する測定部とを備えている抵抗測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、正極性の出力信号および負極性の出力信号のうちのいずれか一方の出力信号を負荷に出力可能に構成された信号出力装置、およびそのような信号出力装置を備えて測定対象の抵抗値を測定可能な抵抗測定装置に関するものである。
続きを表示(約 2,800 文字)【背景技術】
【0002】
この種の信号出力装置として、下記の特許文献に開示された電流出力装置(以下、「電流出力装置1X」ともいう)が知られている。図7に示すように、この電流出力装置1Xは、差動増幅器OPX、トランジスタTRX(半導体素子)、FET2X、抵抗Ra,Rb,Rs1および電圧制御部VCXを備えて構成されている。
【0003】
この電流出力装置1Xでは、差動増幅器OPXが、外部から非反転入力端子に入力された入力信号Vsの電圧値と反転入力端子に入力されるフィードバック電圧Vfとの差分信号をトランジスタTRXのベースに出力する。また、トランジスタTRXは、コレクタに入力される降圧された電圧Vcを用いて差分信号を増幅し、外部負荷RLに定電流の負荷電流ILを出力する。この結果、トランジスタTRXのエミッタの電圧は負荷電圧VLとなる。この際に、電圧制御部VCXが、電源から供給される電源電圧Vddを降圧し、降圧した電圧VcとしてトランジスタTRXのコレクタに出力する。また、抵抗Ra,Rbが、電圧制御部VCXから出力される降圧された電圧Vcと、FET2Xから出力されるドレイン電流IDとの両方に比例する基準電圧Vref(=α×Vc+β×ID)を生成して電圧制御部VCXに出力する。これにより、電圧制御部VCXは、基準電圧Vrefの値が一定に保持されるように、予め定められた最低電圧から電源電圧Vddまでの範囲で降圧された電圧Vcを制御する。
【0004】
この場合、トランジスタTRXのコレクタ-エミッタ間電圧Vce(=Vc-VL)が大きくなったときには、この電位差(Vc-VL)と大きさが等しいFET2Xのゲート-ソース間電圧がFET2Xのしきい値電圧Vthを超えるとドレイン電流IDが流れるため、基準電圧Vrefが大きくなる。
【0005】
一方、電圧制御部VCXは、基準電圧Vrefの値が一定に保持されるように電圧Vcを制御するため、ドレイン電流IDが流れた際には、電圧Vcを降圧する。これにより、トランジスタTRXのコレクタ-エミッタ間電圧Vce(Vc-VL)の上昇が抑制される。したがって、この電流出力装置1Xによれば、入力信号Vsが大きく、かつ外部負荷RLが小さい場合であっても、トランジスタTRXのコレクタ-エミッタ間電圧Vce(=Vc-VL)の上昇が抑制されるため、(Vc-VL)×ILで表されるトランジスタTRXの消費電力の上昇が抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特許第6257536号公報(第5-11頁、第4図)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところが、上記の電流出力装置1Xには、以下のような課題が存在する。具体的には、電流出力装置1Xでは、トランジスタTRXの消費電力の上昇を抑制するために、電圧制御部VCXは、基準電圧Vrefの値が一定に保持されるように、予め定められた最低電圧から電源電圧Vddまでの範囲で降圧された電圧Vcの電圧値を制御している。一方、トランジスタTRXの消費電力は、(Vc-VL)×ILで表される。このため、たとえ基準電圧Vrefの値が一定に保持されたとしても、トランジスタTRXの消費電力は、トランジスタTRXのコレクタの電圧である降圧された電圧Vcが上昇したときには、その上昇に応じて増加する。この場合、上記の電流出力装置1Xでは、トランジスタTRXのコレクタ-エミッタ間電圧Vce(=Vc-VL)の上昇を抑制してはいるものの、負荷電流ILの上昇に応じて、トランジスタTRXのコレクタ-エミッタ間電圧Vceは依然として増加する。したがって、この電流出力装置1Xには、トランジスタTRXの消費電力の増加に起因するトランジスタTRXの発火や故障を防止するために、トランジスタTRXとして定格損失の大きなトランジスタを使用したり、複数のトランジスタを並列接続したりして、かつ大きなヒートシンクを用いなければならず、装置の製造コストが上昇するという問題点がある。
【0008】
また、トランジスタTRXのコレクタに入力される降圧された電圧Vcは、(基準電圧Vref/α-β/α×ID)で表される。ここで、基準電圧Vrefは、一定の値で、α,βは、抵抗Ra,Rbの抵抗値で規定される一定の値となる。このため、降圧された電圧Vcの電圧値は、FET2Xを流れるドレイン電流IDの電流値や抵抗Ra,Rbの抵抗値で規定されることとなる。この場合、FET2Xのドレイン電流IDの電流値は、FET2Xのゲート-ソース間電圧に応じて変化するが、たとえゲート-ソース間電圧が同じ電圧であったとしても、FET2Xの個々の特性に応じて大きく変化する。つまり、降圧された電圧Vcの電圧値は、抵抗Ra,Rbの抵抗値や、FET2Xの個々の特性に応じて大きく変化することになる。このため、この電流出力装置1Xには、量産時において、各電流出力装置1Xにおける消費電力を同様に少なく揃えようとした場合に、抵抗Ra,Rbの抵抗値や各FET2Xの特性を同じように揃えることが非常に煩雑であり、装置の製造コストが上昇しているという問題点がある。
【0009】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、製造コストの上昇を抑制し得る信号出力装置、およびそのような信号出力装置を備えて負荷として接続されている測定対象の抵抗値を測定する抵抗測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成すべく、本発明に係る信号出力装置は、正極性の出力信号の信号値を制御する信号値制御信号を出力する信号値制御部と、入力されている正電圧の第1の電源電圧の電圧値を第1の電圧制御信号に従って可変して第1の供給電圧として出力する第1の可変電源部と、前記信号値制御部から出力された前記信号値制御信号を前記第1の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記出力信号として負荷に出力する第1の半導体素子と、前記第1の供給電圧の電圧値が前記第1の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも高い電圧値となるように、前記第1の電圧制御信号を出力して前記第1の可変電源部を制御する第1の電圧制御部とを備えている信号出力装置であって、前記第1の電圧制御部は、前記第1の半導体素子における前記第1の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第1の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高くなるように、前記第1の電圧制御信号を出力して前記第1の可変電源部を制御する。
(【0011】以降は省略されています)

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